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1、20032015年上海地區(qū)夏季午后短時強降水特征1引言近年來，強降水造成的城市內(nèi)澇災(zāi)害事件常有發(fā)生。這些強降水所形成的災(zāi)害不僅嚴(yán)重影響了正常的生產(chǎn)生活，同時對老百姓的生命財產(chǎn)安全也構(gòu)成了威脅。上海作為長三角城市群第一大城市，同樣需要面對這個問題。譬如2015年6月17日當(dāng)天，上海局部雨量超過了200 mm，近200個測站雨量超過100 mm。這給居民出行帶來了嚴(yán)重的不便。目前，已有一些學(xué)者針對上海地區(qū)強降水天氣展開了相關(guān)的氣候研究。楊露華等【1】指出2001年以后上海地區(qū)的強對流天氣增多，而且出現(xiàn)次數(shù)最多的是短時強降水。賀芳芳等【2】指出自1995年以來，上海地區(qū)的暴雨逐漸向雨強、時間短、范圍
2、小的特點發(fā)展。其中靜止鋒容易形成長時間的暴雨，暖區(qū)暴雨則是上海地區(qū)夏季形成短時強降水的主要天氣形勢。胡艷等【3】指出，上海地區(qū)雷暴日有6年的周期振蕩。并且城市以及城鄉(xiāng)交界處發(fā)生雷暴的概率增加。梁平等【4】的研究也證實夏秋兩季上海地區(qū)雨量的空間分布呈現(xiàn)明顯的城市雨島特征。由于資料的局限性，以往的研究結(jié)論多是針對日降水量或?qū)σ恍┨囟ㄟ^程進(jìn)行統(tǒng)計分析。采用高時間分辨率降水資料，研究上海地區(qū)夏季午后這一特定時間段的短時強降水特征還比較少。為此，筆者選取上海地區(qū)11個站點小時降水資料對午后短時強降水進(jìn)行分析，探究上海地區(qū)夏季午后短時強降水的時空分布特征，并解釋這種分布的原因，以期為今后城市防汛減災(zāi)提供參
3、考。2資料說明和短時強降水標(biāo)準(zhǔn)筆者使用的資料為20032015年上海地區(qū)11個站點的小時降水資料和小時溫度資料。站點具體分布狀況如圖1所示。由于獲取的數(shù)據(jù)已經(jīng)進(jìn)行了質(zhì)量控制，因此可以直接對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。按照中央氣象臺的定義可知：站點小時雨量大于或等于20 mm時，記為一次短時強降水。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對上王喜全等【5】在研究城市化與北京地區(qū)降水分布變化時指出，降水受到大氣環(huán)流等多種因素影響，年變化比較大。因此直接比較站點的絕對值并不能很好的表現(xiàn)降水分布特征。參考其對降水標(biāo)準(zhǔn)化處理的方式對表2進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并得出上海地區(qū)午后短時強降水年平均相對雨量分布特征。標(biāo)準(zhǔn)化步驟如下。Rni=（Pni-Pn）
4、/σn（n=2003，2004，2014，2015；i=1，2，11），其中n指向不同年份；i指向不同測站；Rni就是為所求站點i第n年69月份午后短時強降水相對雨量；Pni為站點i第n年69月份午后短時強降水實際雨量；Pn為第n年11個站點69月份午后短時強降水平均雨量，σn為第n年11個站點69月份午后短時強降水雨量標(biāo)準(zhǔn)差。如圖3所示，午后年平均相對雨量的正值主要位于市區(qū)、浦東、閔行、寶山和嘉定，表明這些地區(qū)的短時強降水雨量較全市偏多。尤其是在市區(qū)和浦東，午后短時強降水雨量遠(yuǎn)高于上海其他地區(qū)，這與強降發(fā)生水次數(shù)有很好的對應(yīng)關(guān)系。同時也可以看到，正值區(qū)域正好是行政劃分
5、中的中心城區(qū)以及近郊，說明城市效應(yīng)對上海地區(qū)午后短時強降水的時空分布有重要影響。為此，從熱力和動力方面給出一定的解釋。熱力方面，城市下墊面對短波輻射的反射較少，因此吸收了大量的太陽輻射。又因為城市地表的水汽含量少，所以潛熱通量較低，地表熱量主要以感熱通量和長波輻射的形式加熱上層大氣。再配合局地人為熱的排放，形成了城市熱島。這加強了城市地區(qū)大氣的不穩(wěn)定層結(jié)，有利于熱對流的產(chǎn)生。同時熱島環(huán)流與上海地區(qū)夏季午后的海風(fēng)相互耦合，增強了城市地區(qū)的輻合上升運動以及向城市地區(qū)的水汽輸送，有利于城市地區(qū)強降水的發(fā)生。動力方面，城市地區(qū)的地表粗糙度大，風(fēng)在經(jīng)過城市時會消耗一些能量，風(fēng)速減慢。這就造成風(fēng)場在城市地
6、區(qū)的輻合上升，有利于降水形成。3.3日變化特征考察20032015年上海地區(qū)午后短時強降水發(fā)生次數(shù)日變化。如表3所示，上海地區(qū)夏季午后短時強降水發(fā)生的時間段主要集中在14：0018：00時之間。選取年平均相對雨量大于300的3個站點，即徐家匯，浦東和閔行站點的平均值代表城市，記為城市站；選取年平均相對雨量小于200的4個站點，即松江，金山，南匯和崇明站點的平均值代表非城市，記為鄉(xiāng)村站；【6】繪制69月午后短時強降水平均發(fā)生次數(shù)圖（圖4a）和2 m平均氣溫曲線（圖4b）。從圖中可以知道，上海地區(qū)的小時最高氣溫出現(xiàn)在中午14時左右，城市和鄉(xiāng)村約有0.7 的溫差。午后短時強降水平均發(fā)生次數(shù)，城市站和
7、鄉(xiāng)村站都在15：0016：00時達(dá)到最值，但是城市地區(qū)的變化幅度較大。結(jié)合兩張圖可以看到，上海地區(qū)夏季午后短時強降水次數(shù)與局地氣溫有著很好的對應(yīng)關(guān)系。盛夏時節(jié)，太陽輻射在中午達(dá)到最強，地面溫度在14時達(dá)到最高。所以盛夏時節(jié)的午后最容易形成不穩(wěn)定層結(jié)，產(chǎn)生強對流【6】。城市熱島增加了這種不穩(wěn)定的程度，因此城市地區(qū)出現(xiàn)短時強降水的次數(shù)更多?？紤]強降水由生成到成熟需要一段發(fā)展時期，所以短時強降水發(fā)生次數(shù)峰值出現(xiàn)在1516時，滯后氣溫峰值一個時次。4結(jié)論通過分析上海地區(qū)11個站點小時降水資料，研究上海地區(qū)夏季午后短時強降水的時空分布關(guān)系，得到如下結(jié)論。（1）一年中，上海地區(qū)午后短時強降水主要發(fā)生在69
8、月份，其中最為頻發(fā)的是7、8兩個月。一天中，午后短時強降水主要發(fā)生在14時之后。大尺度環(huán)流形勢和太陽輻射變化是造成這種時間分布的主要原因。（2）不管是午后短時強降水的發(fā)生次數(shù)還是累計雨量。上海地區(qū)夏季午后短時強降水都在市區(qū)和浦東地區(qū)呈現(xiàn)一個高值中心。城市化帶來的高溫有利于局地不穩(wěn)定層結(jié)的發(fā)展。同時熱島環(huán)流與海風(fēng)的耦合增大了城市地區(qū)的輻合上升運動和水汽輸送。地表的高粗糙度也使得風(fēng)場在城市地區(qū)輻合。這一切都有利于城市地區(qū)對流的發(fā)生發(fā)展。參考文獻(xiàn)：【1】楊露華，尹紅萍，王慧，等.近10年上海地區(qū)強對流天氣特征統(tǒng)計分析.大氣科學(xué)研究與應(yīng)用，2007（32）：8491.【2】賀芳芳，趙兵科.近30年上海
9、地區(qū)暴雨的氣候變化特征.地球科學(xué)進(jìn)展，2009，24（11）：12601267.【3】胡艷，端義宏.上海地區(qū)雷暴天氣的氣候變化及可能影響因素.中國海洋大學(xué)學(xué)報，2006，36（4）：588594.【4】梁萍，丁一匯，何金海，等.上海地區(qū)城市化速度與降水空間分布變化的研究關(guān)系.熱帶氣象學(xué)報，2011，27（4）：475483.【5】王喜全，王自發(fā)，齊彥斌，等.城市化與北京地區(qū)降水分布變化初探.氣候與環(huán)境研究，2007，12（4）：489495.【6】陳雷，戴建華，汪雅.近10a長三角地區(qū)雷暴天氣統(tǒng)計分析.暴雨災(zāi)害，2015，34（1）：8087.Abstract： The characteris
10、tics of spatial and temporal distributions of the short-time heavy rainfall in Shanghai region in the summer afternoon from 2003 to 2015 was studied by using the hourly rainfall data from 11 weather stations. The results showed that：short-time heavy rainfall mainlyoccurredduring June to September， e
11、specially during14 to 18pm.Results indicated that the rainfall mainly depended on the weather situations and the suns radiation. Besides that， there was a good corresponding relation between the occurrence frequency of short-time heavy rainfall and urbanization. The impacts of urbanization increased frequency of occurrence of short-time rainfall in downtown area.
2003～2015年上海地區(qū)夏季午后短時強降水特征
